Tema 12. Depredación y herbivorismo

Transcripción

1 Bloque temático III. Ecología de Poblaciones Tema 12. Depredación y herbivorismo José Antonio Palazón Ferrando palazon@um.es Departamento de Ecología e Hidrología Universidad de Murcia Ecologia (1812 y 1861), Bloque temático III 12 Depredación y herbivorismo 1/69

2 1 Algunas preguntas 2 Depredación: conceptos y modelos Datos y modelos El modelo de Lotka El modelo de Lotka: interacción El modelo depredador presa de Lotka Volterra 3 Estabilidad y densodependencia Considerando otros elementos de la interacción Respuesta funcional del depredador El espacio y la depredación Bloque temático III 12 Depredación y herbivorismo 2/69

3 Para consultar General: Begon, M; Harper, JL; Townsend,CR Ecología. Omega, Barcelona. Molles, MC Ecología. McGraw. McGraw-Hill/Intera- mericana, Madrid. Piñol, J y Martínez-Vilalta, J Ecología con números. Lynx, Barcelona. Smith, RL y Smith, TM Ecología. Adison Wesley, Madrid. Avanzada: Case, TJ An Illustrated Guide to Theoretical Ecology. Oxford University Press, Oxford. Henry, M; Stevens H A Primer of Ecology with R. Springer, New York. Bloque temático III 12 Depredación y herbivorismo 3/69

4 Qué es la depredación Explotación Disminución del efectivo numérico Biomasa en los niveles tróficos Perjuicio Bloque temático III 12 Depredación y herbivorismo 4/69

5 La depredación El los sistemas donde interactúan dos especies y una de ellas el depredador se aprovecha de la otra la presa, en una relación antagónica El depredador utiliza a su antagonista como alimento El depredador puede utilizar a su antagonista como hábitat El depredador puede a matar a la presa o solo consumir parte (entonces esta permanece con vida) Las relaciones no dependen de la especie exclusivamente estas pueden cambiar a lo largo del ciclo vital dependiendo del tipo biológico Bloque temático III 12 Depredación y herbivorismo 5/69

6 Datos y modelos Datos de linces y liebres (Lynx canadensis y Lepus americanus) Ecuaciones de Lotka-Volterra Autómatas celulares: depredación Bloque temático III 12 Depredación y herbivorismo 6/69

7 Linces y liebres Elton C Periodic fluctuation in the number of animals: Their causes and effects. British Journal of Experimental Biology 2: Bloque temático III 12 Depredación y herbivorismo 7/69

8 Algunas preguntas Depredacio n: conceptos y modelos Estabilidad y densodependencia Linces y liebres Bloque tema tico III 12 Depredacio n y herbivorismo 8/69

11 Linces y liebres Cambios en la abundancia de linces y conejos en referencia al número de pieles recibidas por la Hudson Bay Company (Canada). Hewitt, C. Gordon, 1921 The conservation of the wild life of Canada. Coles Pub. Co., New York, Toronto Bloque temático III 12 Depredación y herbivorismo 11/69

12 Depredación en el laboratorio. Gause, 1934 Medio fluido Medio con sustrato Medio fluido + inmigración Bloque temático III 12 Depredación y herbivorismo 12/69

13 Dinium y Paremecium (Gause, 1934) Bloque temático III 12 Depredación y herbivorismo 13/69

16 Al principio Lotka, AJ, Analytical Note on Certain Rhythmic Relations in Organic Systems. Proc. Natl. Acad. Sci. US 6: Volterra, V, Variazioni e fluttuazioni del numero d individui in specie animali conviventi. Mem. Acad. Lincei Roma 2: Bloque temático III 12 Depredación y herbivorismo 16/69

17 Bases del modelo Lotka (1920): presa Bloque temático III 12 Depredación y herbivorismo 17/69

18 Bases del modelo Lotka (1920): predador Bloque temático III 12 Depredación y herbivorismo 18/69

19 Bases del modelo Lotka (1920) Or, in analytical symbols, Bloque temático III 12 Depredación y herbivorismo 19/69

20 Modelo depredador presa: sin interacción! El modelo de Volterra sin término de predación dh dt dp dt = bh = sp Población Presas Predadores Tiempo Bloque temático III 12 Depredación y herbivorismo 20/69

21 Modelo depredador presa: interacción El modelo de Volterra Presas Predadores dh dt dp dt = bh + aph = aph sp Población Tiempo Un modelo predador presa produce fluctuaciones en la abundancia de los organismos (I Ley) Bloque temático III 12 Depredación y herbivorismo 21/69

22 Modelo depredador presa: espacio de fase Espacio de fase: predador presa Predadores Presas Bloque temático III 12 Depredación y herbivorismo 22/69

23 Modelo depredador presa: condiciones iniciales Espacio de fase: predador presa efectivos iniciales distintos Predadores Presas La respuesta del sistema depende de las condiciones iniciales y no de los parámetros (II Ley) Bloque temático III 12 Depredación y herbivorismo 23/69

24 Modelo depredador presa: dinámica Espacio de fase: cambio del efectivo Predadores Presas Bloque temático III 12 Depredación y herbivorismo 24/69

25 Modelo depredador presa: dinámica Isoclinas para el depredador y la presa P H Bloque temático III 12 Depredación y herbivorismo 25/69

26 Modelo depredador presa Lotka Volterra El modelo simplificado para describir el fenómeno de la depredación es: dh = bh ahp dt dp = eahp sp dt siendo: H: abundancia de la presa; b: tasa de crecimiento de la presa; a: coeficiente de depredación; P: abundancia del depredador; s: tasa de mortalidad del depredador; y e: tasa de producción de depredadores por presa consumida. Bloque temático III 12 Depredación y herbivorismo 26/69

27 Análisis del modelo de Lotka Volterra Las orbitas del sistema son curvas cerradas dependientes de las condiciones iniciales El modelo carece de realismo: No se incluye la competencia intraespecífica entre las presas ni entre los depredadores. Posible crecimiento ilimitado Los depredadores carecen de saturación, su tasa de consumo es ilimitada El modelo no presenta tendencia a una estabilidad Es necesario un modelo más realista Bloque temático III 12 Depredación y herbivorismo 27/69

28 Modelo dep-presa Lotka Volterra: densodependencia de la presa dh dt = bh (1 HKH ) aph dp dt = eaph sp H: abundancia de la presa; b: tasa de crecimiento de la presa; K H : capacidad de carga para la presa; P: abundancia del depredador; s: tasa de mortalidad del depredador; y e: tasa de eficiencia producción de depredadores por presa consumida. Bloque temático III 12 Depredación y herbivorismo 28/69

29 Modelo depredador presa densodependiente El modelo de Volterra sin término de predación 120 Presas Predadores Población Tiempo Bloque temático III 12 Depredación y herbivorismo 29/69

30 Modelo depredador presa densodependiente LotkaVolterra: depredación con presa densodependiente P H Bloque temático III 12 Depredación y herbivorismo 30/69

31 Soluciones gráficas al estudio de la dinámica H P Rosenzweig & MacArthur (en 1963) proponen soluciones gráficas como método de análisis Obtienen como resultados básicos: Isoclina parabólica para la presa debido a la densosdependencia Resultados condicionados a la respuesta funcional del depredador frente a la presa Bloque temático III 12 Depredación y herbivorismo 31/69

32 Rosenzweig & MacArthur, 1963 Bloque temático III 12 Depredación y herbivorismo 32/69

35 Isoclina de la presa con densodependencia Bloque temático III 12 Depredación y herbivorismo 35/69

36 Consideraciones de Holling Holling (1959) estudia la respuesta funcional del depredador frente a la presa considerando: Búsqueda de la presa Manipulación de la presa captura muerte ingesta digestión Bloque temático III 12 Depredación y herbivorismo 36/69

37 Tipos de respuestas funcionales Holling (1959) Tipo I: El número de capturas es proporcional a la densidad de las presas Típica respuesta de depredadores pasivos Todas las presas que caen en la trampa son devoradas. a H Tipo II: El depredador presenta una saturación Es necesario un periodo de tiempo para la captura. w H D + H Tipo III: Similar al tipo II. A bajas densidades se piede efectividad en la captura de la presa (refugios, baja eficiencia, preferencia de otras presas). w H 2 D 2 + H 2 Bloque temático III 12 Depredación y herbivorismo 37/69

38 Tipos funcionales Presas matadas por depredador Presas matadas por depredador por presa Tipo I Tipo II Tipo III Densidad de la presa Densidad de la presa Bloque temático III 12 Depredación y herbivorismo 38/69

39 Modelo dep-presa Lotka Volterra: densodependencia de la presa y Tipo II dh dt ) = bh (1 HKH w H D + H P dp dt H: abundancia de la presa; = ew H D + H P sp b: tasa de crecimiento de la presa; K H : capacidad de carga para la presa; w: coeficiente de ponderación; D: coeficiente de amortiguación; P: abundancia del depredador; s: tasa de mortalidad del depredador; y e: tasa de eficiencia producción de depredadores por presa consumida. Bloque temático III 12 Depredación y herbivorismo 39/69

40 Modelo H P densodependientes y tipo funcional II Lotka Volterra, depredación, densodepedencia, tipo II P H Bloque temático III 12 Depredación y herbivorismo 40/69

41 La paradoja del enriquecimiento Bloque temático III 12 Depredación y herbivorismo 41/69

42 Densodependencia en el depredador Bloque temático III 12 Depredación y herbivorismo 42/69

43 Simplificando... Bloque temático III 12 Depredación y herbivorismo 43/69

44 Comer y ser comido Defensa Huida Disimulo Ataque Más actores en el juego Aprovechamiento Efectos evolutivos Bloque temático III 12 Depredación y herbivorismo 44/69

45 Mecanismos de defensa de la presa: Toxicidad Metabolismo secundario en plantas: palatabilidad Alcaloides Terpenoides Fenilpropanos Mecanismos en animales Acúmulo de sustancias tóxicas vegetales Uso de sustancias y estructuras de origen animal Cuál es el coste del armamento? Dónde se hace el gasto? Se puede permitir siempre? Bloque temático III 12 Depredación y herbivorismo 45/69

46 Elysia timida, un opistobraquio Bloque temático III 12 Depredación y herbivorismo 46/69

47 Mecanismos de defensa de la presa: huida Refugios Armas químicas: olores y urticarias Alteración del ciclo de vida Crecimiento: el tamaño como refugio Plasticidad fenotípica Bloque temático III 12 Depredación y herbivorismo 47/69

48 Cripsis y mimetismos Pueden utilizarse estrategias visuales, olorosas, táctiles,... Disimula que nos comen: cripsis Soy peligroso: aposematismo Mi primo es peligroso: mimetismo batesiano Soy de la familia : mimetismo mülleriano Bloque temático III 12 Depredación y herbivorismo 48/69

49 Mimetizar con el entorno: camuflaje Bloque temático III 12 Depredación y herbivorismo 49/69

50 Cripsis con el entorno Bloque temático III 12 Depredación y herbivorismo 50/69

51 Aviso del peligro: aposematismo Bloque temático III 12 Depredación y herbivorismo 51/69

52 Aprovechando al peligroso: mimetismo batesiano Bloque temático III 12 Depredación y herbivorismo 52/69

53 Un diptero inofensivo Bloque temático III 12 Depredación y herbivorismo 53/69

54 Sindicato de peligrosos: mimetismo müleriano Bloque temático III 12 Depredación y herbivorismo 54/69

55 Costes del mimetismo Quién se beneficia del mimetismo? Cuál es el coste de un mimetismo batesiano? Cuál es el coste de un mimetismo müleriano? Podemos hablar de...? Bloque temático III 12 Depredación y herbivorismo 55/69

56 Ataque especializado: Aye-aye Bloque temático III 12 Depredación y herbivorismo 56/69

57 Ataque especializado: Trampas abisales Bloque temático III 12 Depredación y herbivorismo 57/69

58 Ataque especializado: Hormiga león Bloque temático III 12 Depredación y herbivorismo 58/69

59 Experimento con tres especies (1P+2H) Las especies en el sistema: Dos competidores: Mytilus y Balanus Un depredador Pisaster Estudiamos el efecto de retirar artificialmente al depredador de sistema Los resultados: En presencia del depredador: coexistencia En ausencia del depredador: exclusión de Balanus Bloque temático III 12 Depredación y herbivorismo 59/69

60 El depredador Bloque temático III 12 Depredación y herbivorismo 60/69

61 El excluido por competencia Bloque temático III 12 Depredación y herbivorismo 61/69

62 Actividad del depredador Bloque temático III 12 Depredación y herbivorismo 62/69

63 Buscado alimento: el coste El Teorema del valor marginal De cervezas y naranjos Cuánto vale este sitio? Cuanto me costará encontrar uno nuevo y mejor? Un problema de optimización Bloque temático III 12 Depredación y herbivorismo 63/69

64 Teorema del valor marginal (a) Rate of energy extraction ( ) or cumulative energy extracted ( ) 0 Enters patch High productivity patch and/or high forager efficiency Low productivity patch and/or high forager efficiency High productivity patch and/or high forager efficiency Low productivity patch and/or high forager efficiency Time Bloque temático III 12 Depredación y herbivorismo 64/69

65 Teorema del valor marginal Bloque temático III 12 Depredación y herbivorismo 65/69

66 Teorema del valor marginal Bloque temático III 12 Depredación y herbivorismo 66/69

67 El espacio en los procesos de depredación Efecto de la densidad del depredador Efecto de la distribución espacial de presas El exlerimento de Huffaker (1958): Eotetranychus sexmaculatus y Typhlodromus occidentalis: mosaico espacial Simulando con autómatas Bloque temático III 12 Depredación y herbivorismo 67/69